Grafen katkılı nanolif üretimi ve uygulamaları

Abstract

Son yıllarda nanomalzemelere olan ilgi oldukça artmış ve bu tür malzemelerin kullanılmasıyla üstün özelliklere sahip yapıların elde edilmesi amaçlanmıştır. Grafen sağladığı avantajlı özellikleri sayesinde nanomalzemelerin başında gelmektedir. Nanolif uygulamaları ise hem üretim yöntemi hem de kullanım kolaylığı ile pek çok uygulama alanlarında tercih edilmektedir. Bu tür malzemelerin kullanılması günümüzde pek çok alanda olmakla birlikte özellikle biyomedikal uygulamalarda mevcut birçok problemin üstesinden gelmeye yardımcı olmuştur. Günümüzde kablosuz sensörler, implante edilebilir ya da giyilebilir elektronik cihazlardaki hızlı gelişmelerle birlikte uzun ömürlü güç kaynaklarına ihtiyaç artmaktadır. Bu tez çalışmasında, vücut hareketlerini kullanarak mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren kendiliğinden enerji eldesi sağlayan piezoelektrik nanojeneratör (PENG) tasarlanmıştır. PENG yapısında piezoelektrik polimer olarak PVDF (Poliviniliden Diflorür) polimeri kullanılmış ve bu polimere Baryum titanat (BaTiO3) nanoparçacığı ve farklı oranlarda indirgenmiş grafen oksit (rGO) katkılanarak katkısız ve katkılı nanokompozit nanolifler elde edilmiştir. BaTiO3 ve rGO katkısı PENG’in piezoelektrik ve dielektrik özelliklerini geliştirmektedir. Elde edilen nanokompozit liflerin yapısal karakterizasyon ve elektriksel karakterizasyon ölçümleri yapılarak katkı oranları karşılaştırılmıştır. Ayrıca iletken elektrot olarak PANI-rGO-PVA nanolif elektrodu üretimi gerçekleştirilmiştir. Böylece biyomedikal alanda giyilebilir elektronik cihazlara harici güç kaynağına ihtiyaç duymadan sürekli enerji sağlamayı amaçlayan bir çalışma olarak esnek PENG tasarımı için gerekli olan malzemelerin üretim parametreleri ve özellikleri araştırılmıştır.

In recent years, interest in nanomaterials has increased considerably and it is aimed to obtain structures with superior properties by using such materials. Graphene is one of the leading nanomaterials thanks to its advantageous properties. Nanofiber applications are preferred in many application areas due to both their production method and ease of use. The use of such materials has helped to overcome many existing problems in many fields today, especially in biomedical applications. Nowadays, with the rapid developments in wireless sensors, and implantable or wearable electronic devices, the need for long-lasting power supplies is increasing. In this thesis study, a piezoelectric nanogenerator (PENG) that provides spontaneous energy generation by converting mechanical energy into electrical energy using body movements was designed. PVDF (Polyvinylidene Difluoride) polymer was used as the piezoelectric polymer in the PENG structure, and pure and doped nanocomposite nanofibers were obtained by adding Barium titanate (BaTiO3) nanoparticles and reduced graphene oxide (rGO) at different rates to this polymer. BaTiO3 and rGO additive improves the piezoelectric and dielectric properties of PENG. Structural characterization and electrical characterization measurements of the obtained nanocomposite fibers were made and their contribution rates were compared. Additionally, the PANI-rGO-PVA nanofiber electrode was produced as a conductive electrode. Thus, as a study aiming to provide continuous energy to wearable electronic devices in the biomedical field without the need for an external power source, the production parameters and properties of the materials required for flexible PENG design were investigated.